專利名稱：一種五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器及構造方法
技術領域：
本發(fā)明是一種五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器及其構造方法，適用 于高速及超高速電氣傳動領域。無軸承同步磁阻電機在機床主軸、渦輪分子泵、離心機、壓 縮機、機電貯能、航空航天等特殊電氣傳動領域具有廣泛的應用前景，屬于電氣傳動控制 設備的技術領域。
背景技術：
與傳統(tǒng)無軸承電機相比，同步磁阻電機具有諸多優(yōu)勢轉(zhuǎn)子上省略了永磁體，也無 勵磁繞組，結構簡單，運行可靠，成本低，還因其可以實現(xiàn)很高的凸極比，從而同時具有高轉(zhuǎn) 矩密度、快速動態(tài)響應、低轉(zhuǎn)矩脈動、低損耗、高功率因數(shù)等優(yōu)點，更加適合高速及高精度應 用領域。將無軸承技術及磁軸承技術應用于同步磁阻電機，即利用磁場力將轉(zhuǎn)子懸浮于空 中，使轉(zhuǎn)子和定子之間無任何機械接觸，使無軸承同步磁阻電機不僅具有同步磁阻電機的 優(yōu)點，又具有無潤滑、壽命長、無摩擦、無機械噪聲等優(yōu)勢，滿足了眾多場合需要高速或超高 速電氣傳動的要求，在高速電氣傳動等特殊應用場所有著獨特優(yōu)勢。五自由度無軸承同步磁阻電機是一個非線性、強耦合的多輸入多輸出系統(tǒng)，對其 進行動態(tài)解耦控制是實現(xiàn)無軸承同步磁阻電機穩(wěn)定可靠工作的關鍵。如果采用分散控制方 法對系統(tǒng)進行控制，則忽略了系統(tǒng)各個變量之間的耦合作用，無法滿足高速高精度運轉(zhuǎn)的 要求，必須對系統(tǒng)進行解耦，分別獨立控制磁軸承的徑向懸浮力、軸向懸浮力、電機的徑向 懸浮力以及電磁轉(zhuǎn)矩。常用的解耦控制方法中，矢量控制只能實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和懸浮力的靜態(tài)解耦控制，其動 態(tài)響應性能還不能令人滿意；微分幾何方法雖然可以實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)解耦，但是需要將問 題變換到幾何域中來討論，并且使用的數(shù)學工具相當復雜、抽象；逆系統(tǒng)方法可以實現(xiàn)系統(tǒng) 的動態(tài)解耦，但是需要知道被控對象的精確數(shù)學模型，難以應用于工程實踐中；神經(jīng)網(wǎng)絡逆 解耦控制能夠在解析逆難以求得的情況下實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)解耦，但神經(jīng)網(wǎng)絡在理論和設計 方法上還存在學習速度慢、訓練時間長，理想的樣本提取困難，網(wǎng)絡結構不易優(yōu)化等難以克 服的缺陷。專利申請?zhí)枮?01010117622. 4、名稱為無軸承同步磁阻電機支持向量機逆系統(tǒng)
復合控制器，采用支持向量機逆系統(tǒng)復合控制器對二自由度無軸承同步磁阻電機進行解耦 控制，其針對的控制對象是二自由度無軸承同步磁阻電機，但對由二自由度無軸承同步磁 阻電機和三自由度主動磁軸承構成的結構更為復雜的五自由度無軸承同步磁阻電機卻無 法進行解耦控制，五自由度無軸承同步磁阻電機不僅電機的結構更為復雜，而且由于在建 立系統(tǒng)運動方程時，將轉(zhuǎn)子看作剛體并且考慮系統(tǒng)的各自由度之間的耦合問題和系統(tǒng)的陀 螺效應，使得其數(shù)學模型、控制方法、解耦難度與二自由度無軸承同步磁阻電機存在本質(zhì)區(qū) 別。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的缺陷而提供一種基于最小二乘支持向量 機的五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器，既可實現(xiàn)磁軸承的徑向懸浮力、軸向懸浮 力、電機徑向懸浮力和電磁轉(zhuǎn)矩之間的解耦控制，又可獲得良好的各項控制性能指標，如轉(zhuǎn) 子徑向位置動、靜態(tài)調(diào)節(jié)特性及轉(zhuǎn)矩、速度調(diào)節(jié)性能。本發(fā)明同時還提供該五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器的構造方法，針對 五自由度無軸承同步磁阻電機這個非線性、強耦合復雜系統(tǒng)，采用最小二乘支持向量機構 造復合控制對象的逆系統(tǒng)模型，實現(xiàn)對磁軸承的徑向懸浮力、軸向懸浮力、電機徑向懸浮力 和電磁轉(zhuǎn)矩這6個變量的獨立控制。本發(fā)明五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器采用的技術方案是五自由度無 軸承同步磁阻電機包括三自由度主動磁軸承a、二自由度無軸承同步磁阻電機b和轉(zhuǎn)子e， 五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器由偽線性系統(tǒng)及串接之前的線性閉環(huán)控制器組 成，偽線性系統(tǒng)由復合被控對象及串接之前的支持向量機α階逆系統(tǒng)組成，復合被控對象 由三個擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器及開關功率放大器與五自由度無軸承同步磁阻電機共 同組成，第一擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器和開關功率放大器分別串接三自由度主動磁軸承 a之前，第二、第三擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器分別串接二自由度無軸承同步磁阻電機b之 前；支持向量機α階逆系統(tǒng)由5個支持向量機2階系統(tǒng)和一個支持向量機1階系統(tǒng)加11 個積分器組成，線性閉環(huán)控制器由五個轉(zhuǎn)子位置控制器及一個轉(zhuǎn)速控制器組成。本發(fā)明五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器的構造方法的技術方案是采 用如下步驟1)將三個擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器、開關功率放大器及五自由度無軸 承同步磁阻電機組成復合被控對象；2)先用5個支持向量機2階系統(tǒng)、1個支持向量 機1階系統(tǒng)以及11個積分器構造支持向量機α階逆系統(tǒng)，第一擴展的電流跟蹤逆 變器以支持向量機α階逆系統(tǒng)輸出的三自由度主動磁軸承a的控制電流分量參考值
i和4·為其輸入，開關功率放大器以支持向量機α階逆系統(tǒng)輸出的三自由度主動磁軸承
a的控制電流分量參考值^為其輸入，第二擴展的電流跟蹤逆變器以支持向量機α階逆系
統(tǒng)輸出的二自由度無軸承同步磁阻電機b的徑向位移控制電流分量參考值‘和‘為其輸
入，第三擴展的電流跟蹤逆變器以支持向量機α階逆系統(tǒng)輸出的二自由度無軸承同步磁
阻電機b的轉(zhuǎn)速控制電流分量參考值<和選定的常數(shù)^為其輸入；再離線訓練支持向量機
α階逆系統(tǒng)；3)將支持向量機α階逆系統(tǒng)置于復合被控對象之前共同組成偽線性系統(tǒng)，偽 線性系統(tǒng)等效為5個位置二階積分子系統(tǒng)和1個位置一階積分子系統(tǒng)；4)分別針對6個所 述積分子系統(tǒng)設計5個位置控制器和一個轉(zhuǎn)速控制器后構成線性閉環(huán)控制器；5)將線性閉 環(huán)控制器、支持向量機α階逆系統(tǒng)、復合被控對象共同構成五自由度無軸承同步磁阻電機 解耦控制器。本發(fā)明的有益效果在于
1.本發(fā)明針對五自由度無軸承同步磁阻電機這一非線性、強耦合的多輸入多輸出系 統(tǒng)，采用最小二乘支持向量機逼近非線性系統(tǒng)的的a階逆模型，構造復合被控對象的a階逆 模型，不需要知道被控系統(tǒng)的精確數(shù)學模型，克服了逆系統(tǒng)方法難以求得解析逆的難題。通過將系統(tǒng)線性化和解耦成為6個互相獨立的線性積分子系統(tǒng)來實現(xiàn)各個被控量之間的動 態(tài)解耦控制，將復雜的非線性耦合控制問題變?yōu)楹唵蔚木€性控制問題，進而使控制系統(tǒng)設計 得以簡化并容易達到系統(tǒng)所要求的性能指標，不僅實現(xiàn)了五自由度無軸承同步磁阻電機轉(zhuǎn)子 的穩(wěn)定懸浮，而且使得磁軸承的徑向懸浮力、軸向懸浮力、電機徑向懸浮力和電磁轉(zhuǎn)矩6者之 間實現(xiàn)獨立控制，并有效的提高了整個系統(tǒng)的控制性能，獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)特性。采用的最 小二乘支持向量機方法是在經(jīng)驗風險最小化的基礎上同時采用了結構風險最小化準則，較好 地解決了神經(jīng)網(wǎng)絡等傳統(tǒng)的機器學習方法中的過學習、維數(shù)災難以及過早收斂等問題，具有 很高的推廣應用價值，并且為其它無軸承電機及磁軸承解耦控制提供了一條有效途徑。2.徑向懸浮力控制采用三相功率逆變電路，軸向懸浮力控制采用開關功率放大 器，使得五自由度無軸承同步磁阻電機的控制方法簡單，結構緊湊，功耗低，成本下降，擺脫 了傳統(tǒng)磁軸承支承的電機結構復雜，臨界轉(zhuǎn)速低，控制系統(tǒng)復雜，功率放大器造價高，體積 大等缺陷。3.針對五個轉(zhuǎn)子位置二階積分線性子系統(tǒng)和一個速度一階積分線性子系統(tǒng)，可進 一步采用PID、極點配置、線性最優(yōu)二次型調(diào)節(jié)器或魯棒伺服調(diào)節(jié)器等方法分別設計一個轉(zhuǎn) 速控制器和五個位置控制器，組成線性閉環(huán)控制器，使系統(tǒng)獲得高性能的轉(zhuǎn)速、位置控制以 及抗負載擾動的運行性能。4.本發(fā)明控制器實現(xiàn)了五自由度無軸承同步磁阻電機的多變量之間的獨立控制， 有效克服了無軸承同步磁阻電機基于磁場定向僅僅進行公式變換無法實現(xiàn)解耦控制這一 難題，同時克服了采用前饋補償控制器，近似處理，在線查表和實時參數(shù)檢測等解耦方法只 能實現(xiàn)系統(tǒng)靜態(tài)解耦，不能實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)解耦的缺陷。
圖1是五自由度無軸承同步磁阻電機1的結構示意圖； 圖2是擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器結構示意圖3是復合被控對象8的結構示意圖； 圖4是支持向量α階逆系統(tǒng)6的結構示意圖5是由支持向量α階逆系統(tǒng)6與復合被控對象8組成的偽線性系統(tǒng)9的示意圖及 其等效圖6是五自由度無軸承同步磁阻電機1的解耦控制原理框圖； 圖7是五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器10的總體框圖； 圖中1.五自由度無軸承同步磁阻電機；2.第一擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器；3.第 二擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器；4.第三擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器；5.開關功率放大器； 6.支持向量機α階逆系統(tǒng)；7.線性閉環(huán)控制器；8.復合被控對象；9.支持向量機α階逆 系統(tǒng)；10.五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器；22.第一 Clark逆變換；23.第一電流 滯環(huán)PWM逆變器；31.第一 Park逆變換；32.第二 Clark逆變換；33.第二電流滯環(huán)PWM逆 變器；41.第二 Park逆變換；42.第三Clark逆變換；43.第三電流滯環(huán)PWM逆變器；61、62、 63,64,65.支持向量機2階系統(tǒng)；66.支持向量機1階系統(tǒng)；71、72、73、74、75.轉(zhuǎn)子位置控 制器；76.轉(zhuǎn)速控制器。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的五自由度無軸承同步磁阻電機1的結構包括三自由度主動 磁軸承a、二自由度無軸承同步磁阻電機b和轉(zhuǎn)子e，三自由度主動磁軸承a分別控制轉(zhuǎn)子 徑向xa, Ya和軸向A的位移，對應的三自由度主動磁軸承a徑向三相線圈的驅(qū)動控制電流 ia，ib和厶，軸向線圈驅(qū)動電流4，二自由度無軸承同步磁阻電機b控制徑向^，Ja位移和 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速《，徑向&，h兩個自由度位移對應的三相懸浮力繞組驅(qū)動控制電流厶，ib2V 和厶ι，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω對應的三相轉(zhuǎn)矩繞組驅(qū)動控制電流，i_和厶『這種五自由度無 軸承同步磁阻電機是一個非線性、強耦合的多輸入多輸出系統(tǒng)。本發(fā)明針對這種系統(tǒng)采用 支持向量機逼近復合被控對象的a階逆模型，將原多輸入多輸出系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成相互獨立的線 性積分子系統(tǒng)，進而采用線性系統(tǒng)的理論設計閉環(huán)控制器，不僅實現(xiàn)了五自由度無軸承同 步磁阻電機位移變量和轉(zhuǎn)速變量之間的多變量獨立控制，并有效的提高了整個系統(tǒng)的控制 性能。如圖2所示，第一 Clark逆變換22串接于第一電流滯環(huán)PWM逆變器23之前，由第 一 Clark逆變換22和第一電流滯環(huán)PWM逆變器23連接形成第一擴展的電流滯環(huán)PWM逆變 器2。第一 Park逆變換31、第二 Clark逆變換32和第二電流滯環(huán)PWM逆變器33依次串接， 形成第二擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器3。第二 Park逆變換41、第三Clark逆變換42和第 三電流滯環(huán)PWM逆變器43依次串接，組成第三擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器4。第一擴展的 電流滯環(huán)PWM逆變器2和開關功率放大器5分別串接于五自由度無軸承同步磁阻電機1的 三自由度主動磁軸承a之前。第二、第三擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器3、4分別串接于二自 由度無軸承同步磁阻電機b之前。如圖3所示，三個擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器2、3、4及開關功率放大器5與五自 由度無軸承同步磁阻電機1構成一個復合被控對象8。如圖4-6所示，復合被控對象8之前串接支持向量機α階逆系統(tǒng)6，支持向量機 α階逆系統(tǒng)6由5個支持向量機2階系統(tǒng)61、62、63、64、65和一個支持向量機1階系統(tǒng)66 加11個積分器構成。支持向量機α階逆系統(tǒng)6串接在復合被控對象8之前線性化解 耦成偽線性系統(tǒng)9。偽線性系統(tǒng)9之前串接線性閉環(huán)控制器7，線性閉環(huán)控制器7由五個轉(zhuǎn) 子位置控制器71、72、73、74、75及一個轉(zhuǎn)速控制器76組成。采用線性系統(tǒng)理論分別設計五 個轉(zhuǎn)子位置控制器71、72、73、74、75及一個轉(zhuǎn)速控制器76。如圖7所示，由線性閉環(huán)控制器7、支持向量機α階逆系統(tǒng)6、三個擴展的電流滯 環(huán)PWM逆變器2、3、4及開關功率放大器5組成五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器 10，實現(xiàn)對五自由度無軸承同步磁阻電機1的解耦控制。如圖1-7所示，構造五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器10的方法是首先 由第一 Clark逆變換22和第一電流滯環(huán)PWM逆變器23連接組成第一擴展的電流滯環(huán)PWM 逆變器2，分別由第一、第二 Park逆變換31、41、第二、第三Clark逆變換32、42和第二、第 三電流滯環(huán)PWM逆變器33、43依次連接組成第二、第三擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器3、4 ；接 著將所述第一，第二和第三這三個擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器2、3、4、開關功率放大器5以 及五自由度無軸承同步磁阻電機1組成復合被控對象8 ；進而采用5個支持向量機2階系 統(tǒng)61、62、63、64、65、1個支持向量機1階系統(tǒng)66以及11個積分器來構造復合被控對象 8的支持向量機α階逆系統(tǒng)6，并通過離線訓練使支持向量機α階逆系統(tǒng)6實現(xiàn)復合被控對象8的逆系統(tǒng)功能；然后將支持向量機α階逆系統(tǒng)6置于復合被控對象8之前，支持向 量機α階逆系統(tǒng)6與復合被控對象8組成偽線性系統(tǒng)9，偽線性系統(tǒng)9等效為5個位置二 階積分型的偽線性子系統(tǒng)和1個位置一階積分型的偽線性子系統(tǒng)；在此基礎上，分別針對6 個積分子系統(tǒng)設計5個位置控制器71、72、73、74、75和一個轉(zhuǎn)速控制器76 ；并由上述5個 位置控制器71、72、73、74、75和一個轉(zhuǎn)速控制器76來構成線性閉環(huán)控制器7 ；最后將線性 閉環(huán)控制器7、支持向量機α階逆系統(tǒng)6、復合被控對象8共同構成五自由度無軸承同步磁 阻電機解耦控制器10。第一擴展的電流跟蹤逆變器2以支持向量機α階逆系統(tǒng)6輸出的三自由度主動 磁軸承a的控制電流分量參考值和^為其輸入，經(jīng)過第一 Clark逆變換22輸出第一電
流滯環(huán)PWM逆變器23的控制電流< ,^’和再經(jīng)過第一電流跟蹤逆變器23輸出三自由度
主動磁軸承a的三相控制電流^ , h和^ ,開關功率放大器5以支持向量機α階逆系統(tǒng)6輸
出的三自由度主動磁軸承a的控制電流分量參考值< 為其輸入，開關功率放大器5的輸出
作為三自由度主動磁軸承a的軸向控制電流。第二擴展的電流跟蹤逆變器3以支持向量 機α階逆系統(tǒng)6輸出的二自由度無軸承同步磁阻電機b的徑向位移控制電流分量參考值 C和‘為其輸入，經(jīng)過第一 Park逆變換31輸出第二 Clark逆變換32輸入電流參考值
和,第二 Clark逆變換32輸出第二電流滯環(huán)PWM逆變器33的控制電流, ^2f和^2fr
，再經(jīng)過第二電流滯環(huán)PWM逆變器33輸出二自由度無軸承同步磁阻電機b的三相懸浮力繞 組驅(qū)動控制電流厶，、#和厶『第三擴展的電流跟蹤逆變器4以支持向量機α階逆系
統(tǒng)6輸出的二自由度無軸承同步磁阻電機b的轉(zhuǎn)速控制電流分量參考值‘和選定的常數(shù)G 為其輸入，第二經(jīng)過Park逆變換41輸出第三Clark逆變換42輸入電流參考值^ ,
第三Clark逆變換42輸出第三電流滯環(huán)PWM逆變器43的控制電流&^ , 和^ ,再經(jīng)過
第三電流滯環(huán)PWM逆變器43輸出二自由度無軸承同步磁阻電機b的三相轉(zhuǎn)矩繞組驅(qū)動控 制電流，iAlv和此擴展的三個電流滯環(huán)PWM逆變器2、3、4作為復合被控對象8的 一個組成部分。如圖4所示，支持向量機α階逆系統(tǒng)6的構造方法是首先建立復合被控對象8 的數(shù)學模型從無軸承同步磁阻電機及磁軸承工作原理出發(fā)，建立五自由度無軸承同步磁 阻電機1的數(shù)學模型，經(jīng)過坐標變換和線性放大，得到復合被控對象8的數(shù)學模型，即同步
旋轉(zhuǎn)坐標系下11階微分方程，計算其向量相對階為0 , ,% ;^=^ ^
，可知該11階微分方程可逆，即α階逆系統(tǒng)存在，采用5個支持向量機2階系統(tǒng)61、62、63、 64,65以及一個支持向量機1階系統(tǒng)66加11個積分器來構造復合被控對象8的支持 向量機α階逆系統(tǒng)6，將復合被控對象8的期望輸出 ' = 0^Λ，ΛΛ,Λ，Λ)Τ =、 )f
的α階導數(shù)Λ Λ Λ Λ H1=In η η η η 一1作為支持向量機α階逆系統(tǒng)6的輸
入，而支持向量機α階逆系統(tǒng)6的輸出為《=(14構，％叫,!^=01；‘人\41# )1。
對上述構造的支持向量機α階逆系統(tǒng)6進行訓練，訓練方法 是在實際工作區(qū)域內(nèi)，將上述的6個電流分量參考值 、 、<、 、
和 < 隨機方波信號作為階躍激勵信號分別施加于復合被控對象8的輸入 端，并對該輸入信號
權利要求
1.一種五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器，五自由度無軸承同步磁阻電機(1) 包括三自由度主動磁軸承a、二自由度無軸承同步磁阻電機b和轉(zhuǎn)子e，其特征在于所述 五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器由偽線性系統(tǒng)(9)及串接之前的線性閉環(huán)控制器 (7)組成，所述偽線性系統(tǒng)(9)由復合被控對象(8)及串接之前的支持向量機α階逆系統(tǒng) (6)組成，所述復合被控對象(8)由三個擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器(2、3、4)及開關功率放 大器(5)與五自由度無軸承同步磁阻電機(1)共同組成，第一擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器 (2)和開關功率放大器(5)分別串接三自由度主動磁軸承a之前，第二、第三擴展的電流滯 環(huán)PWM逆變器(3、4)分別串接二自由度無軸承同步磁阻電機b之前；所述支持向量機α階 逆系統(tǒng)(6)由5個支持向量機2階系統(tǒng)(61、62、63、64、65)和一個支持向量機1階系統(tǒng)(66) 加11個積分器組成，所述線性閉環(huán)控制器(7)由五個轉(zhuǎn)子位置控制器(71、72、73、74、75)及 一個轉(zhuǎn)速控制器(76)組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器，其特征在 于所述第一擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器(2)由第一 Clark逆變換(22)和第一電流滯環(huán)PWM 逆變器(23)連接組成，第二、第三擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器(3、4)各由第一、第二 Park逆 變換(31、41)、第二、第三Clark逆變換(32、42)和第二、第三電流滯環(huán)PWM逆變器(33、43) 依次串接組成。
3.—種權利要求1所述五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器的構造方法，其特征 是采用如下步驟1)將三個擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器(2、3、4)、開關功率放大器(5)及五自由度無軸承 同步磁阻電機(1)組成復合被控對象(8)；2)先用5個支持向量機2階系統(tǒng)(61、62、63、64、65)、1個支持向量機1階系統(tǒng)(66) 以及11個積分器構造支持向量機α階逆系統(tǒng)(6)，第一擴展的電流跟蹤逆變器(2) 以支持向量機α階逆系統(tǒng)(6)輸出的三自由度主動磁軸承a的控制電流分量參考值0和^為其輸入，開關功率放大器(5)以支持向量機α階逆系統(tǒng)(6)輸出的三自由度主動磁軸承a的控制電流分量參考值<為其輸入，第二擴展的電流跟蹤逆變器(3)以支持向量 機α階逆系統(tǒng)(6)輸出的二自由度無軸承同步磁阻電機b的徑向位移控制電流分量參考 值‘和為其輸入，第三擴展的電流跟蹤逆變器(4)以支持向量機α階逆系統(tǒng)(6)輸出的二自由度無軸承同步磁阻電機b的轉(zhuǎn)速控制電流分量參考值和選定的常數(shù)^為其輸入；再離線訓練支持向量機α階逆系統(tǒng)(6);3)將支持向量機α階逆系統(tǒng)(6)置于復合被控對象(8)之前共同組成偽線性系統(tǒng)(9)， 偽線性系統(tǒng)(9)等效為5個位置二階積分子系統(tǒng)和1個位置一階積分子系統(tǒng)；4)分別針對6個所述積分子系統(tǒng)設計5個位置控制器(71、72、73、74、75)和一個轉(zhuǎn)速 控制器(76)后構成線性閉環(huán)控制器(7)；5)將線性閉環(huán)控制器(7)、支持向量機α階逆系統(tǒng)(6)、復合被控對象(8)共同構成五 自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器(10)。
4.根據(jù)權利要求3所述的構造方法，其特征是步驟2)所述支持向量機α階逆系統(tǒng)(6)的訓練方法為先在實際工作區(qū)域內(nèi)將6個所述電流分量參考值0.、 mi和<隨機方波信號作為階躍激勵信號分別施加于復合被控對象(8) 的輸入端，并對其輸入的信號《=㈣, 為杣，=及輸出響應 y= [Λ.Λ.Λ.Λ.Λ-Zif = [-^'7..2采樣，得至1J原女臺數(shù)據(jù)樣本{ 1,，_f3，_F4，_F5，_F6}；再采用高階數(shù)值微分方法離線計算7的各階導數(shù)(Λ，Λ，A，Λ，Λ ，Λ , , , Λ , 5 , Λ , Λ ；得到300組支持向量機α階逆系統(tǒng)(6)的訓練樣 本集 Λ，Λ， , Λ , Λ , Λ , Λ，Λ，Λ，Λ，夕4，Λ，艿，Λ，} 5， ，>6，>6 ,U1, U2, Lh, Ui, u5, u&];然后采用最小二乘法分別對復合被控對象(8)的6個輸出 量所對應的每個支持向量機2階系統(tǒng)(61、62、63、64、65)及支持向量機1階系統(tǒng)(66)進行 離線學習，獲得相應的輸入向量系數(shù)< 和閾值y ；其中上標J·是復合被控對象(8)第J個 輸出對應的變量，下標i是第i對訓練樣本；最后，分別根據(jù)各個支持向量機2階系統(tǒng)(61、 62、63、64、65)及支持向量機1階系統(tǒng)(66)的當前輸入J^辨識出α階逆模型的輸出為300^.=2^/^4 ;)+ ，式中幻《ρ為高斯核函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種五自由度無軸承同步磁阻電機解耦控制器及構造方法，將三個擴展的電流滯環(huán)PWM逆變器、開關功率放大器及五自由度無軸承同步磁阻電機組成復合被控對象；用5個支持向量機2階系統(tǒng)、1個支持向量機1階系統(tǒng)以及11個積分器構造支持向量機α階逆系統(tǒng)并離線訓練，將支持向量機α階逆系統(tǒng)置于復合被控對象之前共同組成偽線性系統(tǒng)，偽線性系統(tǒng)等效為5個位置二階積分子系統(tǒng)和1個位置一階積分子系統(tǒng)；分別針對這6個積分子系統(tǒng)設計5個位置控制器和一個轉(zhuǎn)速控制器后構成線性閉環(huán)控制器；本發(fā)明采用最小二乘支持向量機逼近非線性系統(tǒng)的a階逆模型，實現(xiàn)各個被控量之間的動態(tài)解耦控制，有效提高整個系統(tǒng)的控制性能。
文檔編號H02P21/14GK102136822SQ20111009062
公開日2011年7月27日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權日2011年4月12日
發(fā)明者刁小燕, 孫曉東, 張婷婷, 張濤, 朱熀秋, 李天博, 李衍超, 阮穎 申請人:江蘇大學